21、两栖无人机与自平衡机器人的研究进展

两栖无人机与自平衡机器人的研究进展

两栖无人机的数值研究

近年来，无人机（UAV）因其在多领域的灵活应用而备受关注。尤其是两栖无人机，它结合了气垫船和多旋翼的特点，在军事、海事和海滨保护等应用中需求巨大。其稳定性和性能在很大程度上依赖于多旋翼在不同风况下的流线型协作。本次研究聚焦于降低阻力并提升其流线型性能，通过计算流体动力学（CFD）分析，考虑不同的湍流模型，如 k - ω、k - ε 和 SST k - ω（剪切压力传输），来评估两栖无人机的阻力系数。

1. 研究背景
   • 应用领域 ：无人机广泛应用于精准农业、环境监测、航空成像、搜索与保护、观察与监视、控制线和电信塔评估等领域。然而，在水质检测和偏远水域水样采集方面的应用较少。
   • 两栖无人机特点 ：一些漂浮式无人机已投入市场，它们基于气垫船原理，避免了与水面的摩擦，节省了大量能源，且具备垂直起降能力，可精确定位在水域进行水质分析。
   • 阻力研究现状 ：已有一些研究致力于确定固定翼和旋转翼飞行器的阻力，但针对两栖无人机的研究较少。
2. 建模过程
   • 模型设计 ：概念化的两栖模型融合了多旋翼和气垫船的原理。为减少计算量，模型按 1:0.25 的比例缩小，并将速度提高四倍以保持与原型的雷诺数一致，考虑不同风速条件进行模拟研究。